W poszukiwaniu bardziej ekonomicznych silników, emitujących mniej spalin
Wśród technologii, które potencjalnie mogą stanowić podstawę dla przyszłych, wysoce efektywnych samochodów o emisji spalin bliskiej zeru, kluczową rolę może odgrywać nowatorskie podejście do procesu spalania, na przykład zastosowanie sterowanego zapłonu automatycznego. Jednak występowanie znacznej zmienności między poszczególnymi cyklami w rożnych częściach pracującego silnika pozostaje jednym z czynników ograniczających pełne wykorzystanie możliwości tych nowych technik spalania. Aby możliwe było dokładne przewidywanie wpływu niestabilnej pracy silnika na sprawność konwersji energii i wynikającą z tego emisję zanieczyszczeń, wprowadzono nowatorski program do projektowania silników. Techniki LES (Large Eddy Simulation) zwróciły uwagę partnerów projektu LESSCO2 z powodu możliwości filtrowania pojedynczych i, co ważne, przefiltrowanych przestrzennie cykli. Techniki te umożliwiają dokładniejszy wgląd w przepływ i spalanie zachodzące w cylindrach niż szeroko stosowana metoda uśrednienia Reynoldsa dla równań Naviera-Stokesa (RANS, Reynolds Averaged Navier-Stokes), gdyż charakteryzuje je możliwość przewidywania zjawisk niestabilnych o wysokiej częstotliwości. Biorąc pod uwagę długoterminowy cel, jakim było przygotowanie niezawodnego narzędzia obliczeniowej dynamiki płynów umożliwiającego przewidywanie zmienności cykli silników o spalaniu wewnętrznym, pracownicy naukowi Institut Français de Pétrole zaktualizowali kod programu AVBP. Prace badawcze były skoncentrowane na zachowaniu właściwości numerycznych kodu w sytuacji, gdy siatka jest odkształcana przez ruchy tłoka i zaworu, oraz na zarządzaniu siatką przy użyciu warunkowej interpolacji czasowej (Conditioned Temporal Interpolation). Ponieważ program AVBP napisano pierwotnie dla turbomechanizmów, zastosowano w nim zaawansowane metody numeryczne umożliwiające obsługę przemieszczających się granic bez zbytniego wydłużania czasu pracy procesora, przy jednoczesnym uniknięciu występowania ujemnych objętości w komórkach. Ponadto opracowano technikę automatycznego zarządzania siatką dla dostosowywanych warunków granicznych przepływu na wlocie i wylocie, jak również model spalania LES dla spalania poprzedzonego zapłonem iskrowym. Pierwsze wyniki weryfikacji wykazały zwiększone możliwości tego nowego, paralelnego narzędzia LES do rozwiązywania równań Naviera-Stokesa dla reaktywnych, wieloskładnikowych przepływów płynów ściśliwych z użyciem dwu- i trójwymiarowych niestrukturalnych siatek hybrydowych. To bardzo innowacyjne narzędzie, zapewniające podstawowe środki do uwzględnienia procesu rozgrzewania silnika i jego wpływu na konwersję paliwa, powinno otworzyć nowe perspektywy dla projektowania silników samochodowych w przyszłości.
